裂隙巖體凍融損傷力學(xué)特性試驗(yàn)及破壞機(jī)制研究.pdf

1、在寒區(qū)由于反復(fù)的凍融作用而誘發(fā)凍脹融沉、泥石流、滑坡、塌陷等一系列的凍融災(zāi)害。節(jié)理裂隙巖體是壩基、邊坡、地下硐室等寒區(qū)巖體工程中普遍存在的一類(lèi)復(fù)雜介質(zhì)，由于反復(fù)凍融而引起其強(qiáng)度損傷劣化、變形的不斷增大，將直接影響巖體工程的設(shè)計(jì)與施工，以及投入使用后的正常運(yùn)營(yíng)。隨著大量興起的西部寒區(qū)工程建設(shè)，越來(lái)越多的凍融巖土工程問(wèn)題亟待解決。本文緊密?chē)@裂隙巖體凍融損傷力學(xué)特性以及斷裂破壞機(jī)理開(kāi)展研究，采用在模型材料中預(yù)制裂隙的方法來(lái)模擬節(jié)理巖體，通過(guò)

2、凍融循環(huán)試驗(yàn)和單軸以及三軸壓縮試驗(yàn)，探討裂隙巖體的凍融損傷力學(xué)特性，分析在凍融-荷載耦合作用下裂隙巖體中微裂紋的萌生、擴(kuò)展、搭接、貫通及相互作用的演化過(guò)程及力學(xué)損傷演化機(jī)理，建立裂隙巖體在凍融和荷載耦合作用下的損傷演化方程和本構(gòu)關(guān)系，提出凍融裂隙巖體損傷斷裂準(zhǔn)則和起裂判據(jù)，以新疆天山公路凍融巖質(zhì)邊坡工程為背景，結(jié)合試驗(yàn)成果和理論推導(dǎo)進(jìn)行邊坡工程實(shí)例的計(jì)算分析。本文主要研究研究工作與獲得的有益認(rèn)識(shí)如下:
　　(1)根據(jù)相似理論，結(jié)合

3、現(xiàn)場(chǎng)巖體力學(xué)特性，成功配制類(lèi)巖石相似模型材料-水泥硅粉砂漿材料;采用在模型材料中預(yù)制裂隙的方法來(lái)模擬節(jié)理巖體，共制作完整巖樣以及具有不同幾何特征的裂隙巖樣10種。
　　(2)對(duì)預(yù)制裂隙巖樣進(jìn)行不同凍融循環(huán)次數(shù)的凍融試驗(yàn)和單軸壓縮試驗(yàn)，分析裂隙幾何參數(shù)（裂隙長(zhǎng)度、裂隙傾角、裂隙數(shù)目）對(duì)凍融裂隙巖體力學(xué)性能的影響，并對(duì)凍融裂隙巖樣的破壞機(jī)制進(jìn)行探討，總結(jié)歸納出裂隙巖體的三種損傷模式:顆粒散落模式、龜裂模式和沿預(yù)制裂隙斷裂模式。

4、　　(3)分析裂隙巖體凍融損傷的影響因素，將其分為外因、內(nèi)因和其它因素;基于細(xì)觀損傷理論和宏觀統(tǒng)計(jì)損傷模型，建立了由三部分損傷（凍融引起的損傷、外荷引起的損傷和凍融與荷載耦合作用引起的損傷）引起的凍融裂隙巖體損傷演化方程，探討在凍融和荷載耦合作用下裂隙巖體的損傷劣化機(jī)制，推導(dǎo)出裂隙巖體在經(jīng)歷凍融和荷載雙重作用下的損傷本構(gòu)模型。
　　(4)通過(guò)凍融裂隙試驗(yàn)進(jìn)行三軸壓縮試驗(yàn)，研究經(jīng)歷不同凍融循環(huán)次數(shù)的裂隙巖樣在不同圍壓下的力學(xué)特性，分

5、析不同凍融循環(huán)次數(shù)，不同圍壓下裂隙的分布對(duì)巖樣力學(xué)性質(zhì)的影響規(guī)律。
　　(5)基于損傷斷裂力學(xué)基本理論，推導(dǎo)出拉剪和壓剪復(fù)合作用下凍融裂隙巖體裂紋擴(kuò)展準(zhǔn)則，建立在凍脹和圍壓共同作用下裂紋起裂的條件、擴(kuò)展方向和擴(kuò)展長(zhǎng)度的計(jì)算公式，提出凍融作用下裂隙巖體的應(yīng)力強(qiáng)度因子。
　　(6)結(jié)合裂隙巖樣室內(nèi)凍融循環(huán)試驗(yàn)和力學(xué)試驗(yàn)的研究成果，對(duì)天山公路一段典型的巖質(zhì)邊坡進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，分析在經(jīng)過(guò)數(shù)次凍融循環(huán)次數(shù)后，此巖質(zhì)邊坡的位移、最大主